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NBC Learn 的《NFL 橄欖球的科學》一集關於幾何形狀探討了球體、橢圓和扁長球體之間的差異,以及它們對比賽的影響。例如,橄欖球的獨特形狀有助於球本身的動態特性,它可以以緊密的螺旋狀投擲很遠的距離,或者在比賽場地上不規則地彈跳。
棒球、籃球和許多其他運動球都依賴於球形的、均勻的設計,這使得它們易於投擲、拋擲和擊打。然而,橄欖球的二維起源是橢圓而不是圓形,這賦予了橄欖球扁長球體形狀,其極軸大於赤道直徑。由於其細長的特性,橄欖球在正確投擲時會旋轉。旋轉產生陀螺效應,穩定球在空中飛行。
這種形狀使得橄欖球比球形球更難投擲。但是,作為扁長球體,橄欖球在穿過空氣時受到的阻力較小,這就解釋了為什麼你可以把橄欖球拋得比大約相同尺寸和重量的籃球或足球等球形球更遠。當橄欖球拋擲時有點晃動,而不是緊密的螺旋式旋轉時,它不會飛得那麼遠,因為它在飛行方向上呈現出更多的表面積,從而導致更大程度的空氣摩擦,也稱為阻力。
事實證明,改進球的原始設計並不容易。佛羅里達大學機械與航空航天工程系副教授託尼·施密茨表示,最佳橄欖球形狀將同時考慮減小阻力和軌跡穩定。“現在,我們有鵝卵石表面和螺旋運動來減少阻力,”他說。任何“增加這些效果的設計都可以提高‘飛行’效能,但要做出重大改變,祝你好運。”玩具公司孩之寶在其 Nerf 產品線中確實做了一些有趣的改動——例如,其Nerf Vortex 橄欖球有一個尾翼,這提高了它在拋擲時的飛行距離。當然,這樣一個球在踢的時候會如何飛行完全是另一回事。
飛機、潛艇和火箭在基本設計原則上與橄欖球相同,它們的形狀都是細長的,目的是減少阻力。然而,這些車輛是自驅動的,並且必須能夠在飛行途中改變方向,因此它們不能使用旋轉陀螺效應,而這種陀螺效應使完美的螺旋式投擲成為一種美妙的事物。
就已識別的飛行物而言,然而,扁長球體無法匹敵一類幾何形狀的距離:飛盤(Frisbee)或環(Aerobie)不僅具有減少阻力的纖薄輪廓和增加穩定性的旋轉,而且還產生升力,使它們能夠飛行很遠。在橄欖球場上,一個投擲得很好的 Aerobie 可以輕鬆地從端區飛到端區。